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Viren sind besser als ihr Ruf

Viren haben spätestens seit Covid-19 ein denkbar schlechtes Image. Bereits ihr Name, abgeleitet von der lateinischen Bezeichnung für Gift, suggeriert Krankheit, Leiden und Tod. Doch das ist nur die halbe Wahrheit. Viren können für ihren Wirt durchaus nützlich sein und ihm Vorteile verschaffen. 
Edith Schettler
02.12.2021  08:30 Uhr

Noch diskutieren Wissenschaftler darüber, ob Viren eine einfache Vorstufe des Lebens sind oder auf das Wesentliche reduzierte Lebewesen. Auf jeden Fall existieren sie, seit es Leben auf der Erde gibt und sind damit entwicklungsgeschichtlich viel älter als alle heutigen höheren Lebensformen. Sie waren längst über den gesamten Erdball verbreitet als der Homo sapiens seine ersten Schritte setzte. Von Beginn der Menschheit an waren Viren mit Menschen vergesellschaftet. Das menschliche Erbgut beinhaltet zur Hälfte sowohl endogene Retroviren als auch Genfragmente anderer Viren. Ihre Gene spielen eine wichtige Rolle zum Beispiel in der Schwangerschaft, für die Spermiogenese und für das Immunsystem.

Bei jedem Atemzug

Vermutlich gab es bereits vor 3,6 Milliarden Jahren Viren, als das Leben auf der Erde begann. Forscher finden heute natürlich keine Überreste der damaligen Viren mehr, doch die Tatsache, dass virales Erbgut in allen Lebewesen nachweisbar ist, betrachten sie als Beweis für deren frühe Existenz. Es wäre sogar möglich, dass sie ihren Ursprung in einer Welt haben, in der es kein Leben in Form von Zellen gab und dass aus ihnen die Zellkerne der ersten Einzeller entstanden. Daraus entwickelten sich dann nach und nach die heutigen Lebensformen. Bei jeder Zellteilung vermehrte sich auch das virale Genmaterial mit, veränderte sich durch Mutationen und brachte neue Eigenschaften hervor.

Einer weiteren Hypothese zufolge könnten Bakterien ihre restlichen Zellbestandteile verloren haben, damit ihr Erbgut unter ungünstigen Lebensbedingungen überdauern konnte. Möglicherweise sind Viren aber auch selbstständig gewordene Gene, die von ihren ursprünglichen Zellen nicht mehr gesteuert werden konnten. Heute gibt es etwa 100 Millionen Virustypen, Wissenschaftler schätzen ihre Anzahl allein in den Ozeanen auf 1031. So viele Individuen gibt es von keiner Art von Lebewesen. In jedem Kubikzentimeter Luft, jedem Regentropfen und jedem lebenden Organismus sind sie zu Hause. Viren sind als Parasiten auf das Überleben ihres Wirtes angewiesen, sonst können sie sich selbst nicht vermehren. Deshalb passen sie sich ihm so gut wie möglich an, und auch der Wirtsorganismus findet Möglichkeiten, sich umgekehrt dem Virus anzupassen. Mutationen spielen in diesem Zusammenhang eine große Rolle, denn mit ihnen geht ein Ausleseprozess einher.

Ohne Viren keine Kinder

Bisher konnten die Forscher nur für wenige virale Gene deren Funktion im Erbmaterial des Menschen erklären. So fanden sie den HI-Viren ähnliche Retroviren, die das humane Immunsystem partiell ausschalten können, und zwar genau dann, wenn eine Schwangerschaft eintritt. Das mütterliche Immunsystem toleriert vom ersten Moment an die embryonalen Zellen, die mit ihrem zur Hälfte vom Vater stammenden Erbgut ja eigentlich körperfremde Antigene sind. Vögel, Insekten und Reptilien legen aus genau diesem Grund Eier, Säugetiere müssen das dank der Anwesenheit von Viren nicht. Ihr Embryo kann sich bis zur Geburt im Schutz des mütterlichen Körpers entwickeln. Für den Aufbau der Plazenta sind ebenfalls Gene von Retroviren zuständig. Im Jahr 2000 entdeckten Wissenschaftler in Boston (USA) im menschlichen Genom die Gene des humanen endogenen Retrovirus Typ W, die ein Protein codieren, das die Fusion von Zellmembranen vermittelt. Sie fanden es an der Grenzschicht der Plazenta zum mütterlichen Uterus und nannten es Syncytin (»syn»... zusammen, »cyto»... Zelle). Diese auch Synzytiotrophoblast genannte Schicht besteht aus miteinander verschmolzenen Zellen und stellt die Barriere zwischen den Blutströmen von Mutter und Kind dar. Eine Trennwand, die dafür sorgt, dass zwischen Mutter und Kind keine Abstoßungsreaktionen stattfinden und in der zudem das Schwangerschaftsschutzhormon hCG (humanes Choriongonadotropin) gebildet wird. 

In hoher Dosis schädlich

Doch auch die Befruchtung der Eizelle durch Spermien würde ohne Viren nicht funktionieren. Die Spermien produzieren Syncytin, welches an den Rezeptor SLC1A5 in der Eizelle ankoppelt. Es sorgt dafür, dass die Membranen der beiden Zellen miteinander zur Zygote verschmelzen können. Ausschließlich bei Männern ist Syncytin am Muskelaufbau beteiligt. Im Laborexperiment stellten Wissenschaftler fest, das männliche Tiere nur wenig Muskelmasse bildeten, wenn ihnen das endogene Retrovirus fehlte. Auch Verletzungen heilten ohne die Anwesenheit der Syncytin kodierenden Gene schlechter aus. Im Übermaß produziertes Syncytin kann aber auch Schäden im Körper hervorrufen. So vermuten Forscher, dass es die Zerstörung der Myelinscheiden der Axone der Nervenzellen verursacht und zu Erkrankungen wie Multipler Sklerose oder dem Creutzfeld-Jakob-Syndrom führen kann.

Einen körpereigenen Schutz vor der Entartung von Gewebe stellen die Tumorsuppressorgene und Kontrollfaktoren dar. Für den Kontrollfaktor p63 konnten Forscher den Nachweis erbringen, dass das kodierende Gen in unmittelbarer Nähe von Genen viralen Ursprungs liegt. Die Gene der Viren führen zu einer verstärkten Aktivität von p63 vor allem in den Vorläuferstufen der männlichen Keimzellen. Spermien, deren DNA nicht völlig fehlerfrei ist, leitet das Protein in die Apoptose und sorgt so dafür, dass das männliche Erbgut korrekt an die nächste Generation weitergegeben wird. Vermutlich schützt p63 auch vor der Entstehung von Tumorzellen in den Hoden.

Heilsame Winzlinge

Noch in den Kinderschuhen steckt die Forschung nach Möglichkeiten einer neuen Therapierichtung, der Virotherapie. Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts beobachteten Ärzte, dass die Infektion mit einem Virus eine bestehende Krebserkrankung positiv beeinflussen kann. Ein Kind, das sich mit Kuhpocken angesteckt hatte, genas von einer Leukämie, an der es zuvor erkrankt war. Bei einer Frau, die an Gebärmutterhalskrebs litt, bildete sich der Tumor zurück, nachdem sie wegen eines Tierbisses gegen Tollwut geimpft werden musste. Aufgrund der damaligen beschränkten Möglichkeiten dauerte es noch mehr als ein Jahrhundert, bis die Forscher den Gedanken erneut aufgriffen und mit gentechnischen Methoden umzusetzen versuchten.

Die Idee ist es, Krebszellen gezielt mit spezifischen Viren zu infizieren, die das Tumorgewebe auflösen, ohne gesunde Zellen zu schädigen. Mehrere geeignete Virenspezies wie Parvo- und Adenoviren wurden bereits ausgemacht und gentechnisch so verändert, dass sie ihre Aktivität nach einer gewissen Zeit von selbst einstellen. Das soll ihre massive Vermehrung und ihr Eindringen in gesunde Zellen verhindern.

Ein anderer Therapieansatz versucht, mit Hilfe von Viren das Epithel derjenigen Blutgefäße zu verändern, die den Tumor ernähren. Die Gefäße büßen ihre Funktion ein, und die Krebszellen sterben mangels Sauerstoff und Nährstoffen ab. Wieder andere Forschergruppen, so beispielsweise am Paul-Ehrlich-Institut (PEI), arbeiten an Viren, die gezielt Krebsstammzellen angreifen.

Bisher sind nur in China Arzneimittel für die onkolytische Therapie zugelassen, in allen anderen Ländern befindet sich die Forschung noch in den Stadien II oder III. Nicht alle Fragen konnten bisher geklärt werden. So ist die Therapie momentan nur erfolgversprechend, wenn das Virus direkt in den chirurgisch freigelegten Tumor appliziert wird, weil das Immunsystem des Patienten ansonsten das Virus größtenteils neutralisiert. Auch zu Nebenwirkungen, wie etwa Entzündungsreaktionen nach der Lyse des Tumors, fehlen noch wichtige Daten. Trotzdem ist die Hoffnung groß, dass die onkolytische Therapie die bisherigen Verfahren wirksam ergänzen kann.

Fähre für Gene

Eine weitere interessante Beobachtung machten US-amerikanische Forscher. An Mäusen stellten sie fest, dass bestimmte Noroviren in der Lage sind, die durch Chemikalien künstlich geschädigte Darmflora der Tiere wieder ins Gleichgewicht zu bringen. Möglicherweise ergibt sich auch hier ein Ansatz für die Therapie von Erkrankungen beim Menschen wie Colitis Ulcerosa und Morbus Crohn.

Nicht zuletzt können Viren auch in der Gentherapie zum Einsatz kommen, die ihre Fähigkeit nutzt, Gene in das Erbgut der Zelle einzubauen. Auch diese Forschungen befinden sich noch in einem frühen Stadium. Viren werden so modifiziert, dass sie ihre Infektiosität und die Gene zur Herstellung der Proteine für ihre Vermehrung verlieren. Stattdessen erhalten sie zusätzliche Gene, die sie in das defekte Erbgut der Zelle einschleusen sollen, um damit beispielsweise die Ursache von Erbkrankheiten zu beseitigen.

Und auch die in letzter Zeit viel diskutierten Vektor-Impfstoffe bedienen sich der Viren als Genfähre. Die Covid-19-Impfstoffe bestehen aus Adenoviren, denen die Gene für ihre eigene Vermehrung fehlen. In ihre DNA ist zusätzlich der Bauplan für das Spikeprotein des Coronavirus integriert. Im Zellkern der menschlichen Zielzelle veranlassen diese Gene die Produktion des Spikeproteins, woraufhin dann die gewünschte Immunreaktion einsetzt. Neben den Covid-19-Impfstoffen nutzen bisher nur Impfstoffe gegen Ebola und Dengue-Fieber die Vektor-Technologie.

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